Phylogeography of asian sockeye salmon Oncorhynchus nerka from the data on variability of mitochondrial SNP loci: analysis of scenarios for post-glacial expansion of the species over Asian Pacific coast

Variability of three SNP loci allocated in the mitochondrial DNA ( One_CO1, One_Cytb_17, One_Cytb_26 ) is analyzed for sockeye salmon from its different habitats from Chukotka to Kuril Islands. Two basic haplotypes (GCC and GTT) are revealed in 20 samples of sockeye ( n = 33-100) from 15 lake-river systems. Their ratio is mostly equal, but GTT haplotype prevails in the populations from Kuril Islands (except Shumshu Island) and is absent in the sample from Commander Islands. This geographical pattern is presumably caused by historical-demographic events related to the species range formation in the middle-late Pleistocene: fragmentation of the areal and subsequent secondary contact between early diverged populations. Two scenarios are discussed, both with multiple expansions of the species to Asia during periods of oceanic transgression after Pleistocene glaciation. According to one of the scenarios, the GTT haplotype has more ancient origin somewhere on the mainland, whereas the GCC appeared much later in the central Kamchatka refugia. The second scenario presumes the origin of both haplotypes on Beringia Bridge where they diverged in the times of middle-Pleistocene (Wurm) glaciation.

Oncorhynchus nerka, sockeye salmon, Oncorhynchus nerka, mtDNA, single nucleotide polymorphism, SNP, cytochrome b, cytochrome oxidase, phylogeography, post-glacial expansion

1. Алтухов Ю.П. Популяционная генетика рыб : моногр. - М. : Пищ. пром-сть, 1974. - 245 с.

2. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике // Генетика. - 2002. - Т. 38(9). - С. 1173-1195.

3. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А., Омельченко В.Т. Популяционная генетика лососевых рыб : моногр. - М. : Наука, 1997. - 288 с.

4. Артамонова В.С. Генетические маркеры в популяционных исследованиях атлантического лосося (Salmo salar L.). II. Анализ последовательностей ДНК // Генетика. - 2007. - Т. 43(4). - С. 437-450.

5. Афанасьев К.И., Рубцова Г.А., Шитова М.В. и др. Популяционная структура кеты Oncorhynchus keta российского Дальнего Востока, выявленная по микросателлитным маркерам // Биол. моря. - 2011. - Т. 37(1). - С. 39-47.

6. Бачевская Л.Т., Переверзева В.В., Иванова Г.Д. Изменчивость гена цитохрома b митохондриальной ДНК нерки Oncorhynchus nerka Walbaum из рек Камчатки и северного побережья Охотского моря // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей : тез. докл. 14-й междунар. науч. конф. - Петропавловск-Камчатский : Камчатпресс, 2013. - С. 40-43.

7. Бачевская Л.Т., Переверзева В.В., Иванова Г.Д. и др. Генетическое разнообразие нерки (Oncorhynchus nerka) из некоторых рек восточной Камчатки и материкового побережья Охотского моря по данным полиморфизма гена цитохрома b митохондриальной ДНК // Исслед. вод. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. - 2015. - № 38. - С. 49-56.

8. Бискэ С.Ф., Баранова Ю.П. Основные черты палеогеографии Берингии в дочетвертичном кайнозое // Берингия в кайнозое. - Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1976. - С. 121-128.

9. Брайцева О.А. Климатические колебания и четвертичные оледенения Камчатки : автореф. дис. … канд. геогр. наук. - М., 1966. - 16 с.

10. Брайцева О.А., Евтеева И.С. Климатические колебания и плейстоценовые оледенения Камчатки // Геология и геофизика. - 1968. - № 5. - С. 16-22.

11. Брыков Вл.А., Полякова Н.Е., Подлесных А.В. и др. Влияние биотопов размножения на генетическую дифференциацию популяций нерки (Oncorhynchus nerka) // Генетика. - 2005. - Т. 41(5). - С. 635-645.

12. Бугаев В.Ф. Азиатская нерка (пресноводный период жизни, структура локальных стад, динамика численности) : моногр. - М. : Колос, 1995. - 464 с.

13. Бугаев В.Ф. Азиатская нерка - 2 (биологическая структура и динамика численности локальных стад в конце ХХ - начале ХХI вв.) : моногр. - Петропавловск-Камчатский : Камчатпресс, 2011. - 380 с.

14. Варнавская Н.В. Генетическая дифференциация популяций тихоокеанских лососей : моногр. - Петропавловск-Камчатский : КамчатНИРО, 2006. - 488 с.

15. Варнавская Н.В. Распределение частот генов лактатдегидрогеназы и фосфоглюкомутазы в популяциях камчатской нерки, предпочитающих различные типы нерестилищ // Генетика. - 1984. - Т. 20(1). - С. 100-107.

16. Глубоковский М.К. Эволюционная биология лососевых рыб : моногр. - М. : Наука, 1995. - 343 с.

17. Глубоковский М.К., Глубоковская Е.В. Пути эволюции тихоокеанских лососей рода Oncorhynchus Suckley // Рыбы в экосистемах лососевых рек Дальнего Востока. - Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1981. - С. 5-66.

18. Горшков Г.С. Вулканизм Курильской островной дуги : моногр. - М. : Наука, 1967. - 280 с.

19. Динамика популяционных генофондов при антропогенных воздействиях : моногр. / Ю.П. Алтухов, Е.А. Салменкова, О.Л. Курбатова и др. - М. : Наука, 2004. - 620 с.

20. Животовский Л.А., Рубцова Г.И., Шитова М.В. и др. База микросателлитных ДНК-данных по кете Дальнего Востока России // Бюл. № 5 реализации «Концепции дальневосточной бассейновой программы изучения тихоокеанских лососей». - Владивосток : ТИНРО-центр, 2010. - С. 53-63.

21. Кирпичников В.С., Муске Г.А. Популяционная генетика камчатской нерки (Oncorhynchus nerka (Walbaum)) // Генетика и размножение морских животных. - Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1981. - С. 59-71.

22. Кожевников Ю.П., Железнов-Чукотский Н.К. Палеобиогеография «Берингии» как она есть // Научный диалог. - 2014. - № 1(25) : Естественные науки. - С. 30-83.

23. Коновалов С.М. Популяционная биология тихоокеанских лососей : моногр. - М. : Наука, 1980. - 237 с.

24. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Молекулярное клонирование : моногр. - М. : Мир, 1984. - 480 c.

25. Пильганчук О.А., Шпигальская Н.Ю. Популяционно-генетическая дифференциация нерки Oncorhynchus nerka (Walbaum, 1792) восточного побережья Камчатки // Биол. моря. - 2013. - Т. 39(5). - С. 371-379.

26. Пустовойт С.П. Внутрипопуляционная генетическая изменчивость и межпопуляционная дифференциация азиатской нерки Oncorhynchus nerka (Walbaum) // Генетика. - 1994. - Т. 30(1). - С. 101-106.

27. Пустовойт С.П. Геногеографическое исследование нерки Oncorhynchus nerka (Walbaum) // Генетика. - 1995. - Т. 31(2). - С. 239-244.

28. Рыбы Курильских островов : моногр. / О.Ф. Гриценко, К.А. Савваитова, М.Ю. Пичугин и др. - М. : ВНИРО, 2012. - 384 с.

29. Салменкова Е.А. Молекулярно-генетические основы процессов адаптации и подходы к их анализу // Генетика. - 2013. - Т. 49(1). - С. 94-102.

30. Смирнов А.И. Биология, размножение и развитие тихоокеанских лососей : моногр. - М. : МГУ, 1975. - 335 с.

31. Хрусталева А.М., Волков А.А., Расторгуев С.М., Кловач Н.В. Вариабельность мтДНК в популяциях нерки Oncorhynchus nerka Дальнего Востока России // Вопросы сохранения биоразнообразия водных объектов : мат-лы Междунар. науч. конф. - Ростов н/Д : АзНИИРХ, 2015. - С. 354-359.

32. Хрусталева А.М., Гриценко О.Ф., Кловач Н.В. Полиморфизм по однонуклеотидным заменам (SNP) в популяциях нерки Oncorhynchus nerka п-ова Камчатка // Генетика. - 2013. - Т. 49(11). - С. 1322-1336.

33. Хрусталева А.М., Кловач Н.В. Внутрипопуляционная дифференциация нерки Oncorhynchus nerka озерно-речных систем восточного побережья Камчатки // Изв. ТИНРО. - 2015. - Т. 183. - С. 27-40.

34. Черешнев И.А. Биогеография пресноводных рыб Дальнего Востока России : моногр. - Владивосток : Дальнаука, 1998. - 131 с.

35. Altschul S., Gish W., Miller W. et al. Basic local alignment search tool // Journ. of Molecular Biology. - 1990. - Vol. 215(3). - P. 403-410.

36. Avise J. Molecular markers, natural history and evolution : monograph. - N.Y. : Chapman & Hall. ITP International Thomson Pub. Comp., 1994. - 511 p.

37. Beacham T.D., McIntosh B., MacConnachie C. et al. Pacific Rim population structure of sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) as determined from microsatellite analysis // Trans. Amer. Fish. Soc. - 2006a. - Vol. 135. - P. 174-187.

38. Beacham T.D., Varnavskaya N.V., McIntosh B., MacConnachie C. Population structure of sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) from Russia determined with microsatellite DNA variation // Trans. Amer. Fish. Soc. - 2006b. - Vol. 135. - P. 97-109.

39. Bickham J.W., Wood C.C., Patton J.C. Biogeographic implications of cytochrome b sequences and allozymes in sockeye (Oncorhynchus nerka) // J. Heredity. - 1995. - Vol. 86. - P. 140-144.

40. Brown W.M., George M. JR., Wilson A.C. Rapid evolution of animal mitochondrial DNA // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1979. - Vol. 76(4). - P. 1967-1971.

41. Burgner R.L. Life history of Sockeye Salmon (Oncorhynchus nerka) // Pacific Salmon Life Histories / C. Groot and L. Margolis (eds). - Vancouver : UBC Press, 1991. - P. 3-117.

42. Churikov D., Matsuoka M., Luan X. et al. Assessment of concordance among genealogical reconstructions from various mtDNA segments in three species of Pacific salmon (genus Oncorhynchus) // Molecular Ecology. - 2001. - Vol. 10. - P. 2329-2339.

43. Elfstrom C.M., Smith C.T., Seeb J.E. Thirty-two single nucleotide polymorphism markers for high-throughput genotyping of sockeye salmon // Mol. Ecol. Notes. - 2006. - Vol. 6(4). - P. 1255-1259.

44. Meyer A. Evolution of mitochondrial DNA in fishes // Biochemistry and molecular biology of fishes / P.W. Hochachka, P. Mommsen (eds). - N.Y. : Elsevier Science Publishers, 1993. - Vol. 2. - P. 1-38.

45. Nielsen E.E., Hemmer-Hansen J., Larsen P.F., Bekkevold D. Population genomics of marine fishes: identifying adaptive variation in space and time // Molecular Ecology. - 2009. - Vol. 18(15). - P. 3128-3150.

46. Park L.K. Introduction to DNA basics : Application of DNA Technology to the Management of Pacific Salmon / L.K. Park, P. Moran, R.S. Waples (eds) : Proceedings of the Workshop. - Seattle ; Wash. : U.S. Dep. Commer., NOAA Tech., 1994. - 13 p.

47. Parsons T.J., Muniec D.S., Sullivan K. et al. A high observed substitution rate in the human mitochondrial DNA control region // Nature Genetics. - 1997. - Vol. 15(4). - P. 363-368.

48. Raymond M., Rousset F. GENEPOP (version 1.2): population genetics software for exact tests and ecumenicism // J. Heredity. - 1995. - Vol. 86. - P. 248-249.

49. Seeb J.E., Pascal C.E., Ramakrishnan R., Seeb L.W. SNP genotyping by the 5’-nuclease reaction: advances in high throughput genotyping with non-model organisms // Methods in Molecular Biology, Single Nucleotide Polymorphisms / A. Komar (ed.). - N.Y. : Humana Press, 2009. - P. 277-292.

50. Stepien C.A., Dillon A.K., Brooks M.J. et al. The evolution of Blennioid fishes based on analysis of mitochondrial 12S rDNA // Molecular Systematics of Fishes / T.D. Kocher, C.A. Stepien (eds). - San Diego : Acad. Press, 1997. - P. 245-270.

51. Varnavskaya N.V., Wood C.C., Everett R. Genetic variation in sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) populations of Asia and North America // Can. J. Fish. Aquat. Sci. - 1994. - Vol. 51 (Suppl. 1). - P. 132-146.